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Laut einer neuen Studie von Wissenschaftlern der University of Colorado Boulder könnten Blitzeinschläge, die die Erde treffen, ultraheiße „Killerelektronen“ auf unseren Planeten regnen lassen. Aufgrund dieses Ergebnisses vermutet das Team, dass Weltraumwetter und Erde zusammenkommen könnten, um „kosmischen Flipper“ zu spielen.
Die Entdeckung wurde fast zufällig gemacht, als das Team Satellitendaten untersuchte, die zeigten, dass hochenergetische, schnelle „heiße“ Elektronen aus dem inneren Strahlungsgürtel – einer Region geladener Teilchen, die unseren Planeten umhüllt und an Ort und Stelle gehalten werden – verdrängt werden können durch die schützende magnetische Blase der Erde, bekannt als Magnetosphäre.
Diese Forschung könnte Wissenschaftlern helfen, Satelliten und andere Instrumente im Orbit vor Schäden zu schützen und Astronauten bei zukünftigen Weltraummissionen vor potenziell tödlicher Strahlung zu schützen. Es deutet auch darauf hin, dass Weltraumwetter und Erdwetter enger miteinander verbunden sind als bisher angenommen.
„Diese Teilchen sind die gruseligen oder das, was manche „Killerelektronen“ nennen.“ Sie können das Metall von Satelliten durchdringen, Leiterplatten treffen und krebserregend sein, wenn sie eine Person im Weltraum treffen“, sagte Max Feinland, Teamleiter und Forscher an der University of Colorado in Boulder, in einer Pressemitteilung.
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Killerelektronen laden sich auf!
Um die Erde herum gibt es zwei Gürtel aus eingefangenen hochenergetischen Teilchen, die von der Magnetosphäre an Ort und Stelle gehalten werden. Diese werden als Van-Allen-Strahlungsgürtel bezeichnet.
Killerelektronen bewegen sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch diese Gürtel und tragen eine große Energiemenge mit sich. Diese Partikel können nicht nur die Abschirmung des Satelliten durchdringen, sondern auch mikroskopisch kleine Blitze verursachen, die wichtige und empfindliche Komponenten des Raumfahrzeugs beschädigen oder sogar zerstören können.
Man geht davon aus, dass der innere Bereich der Gürtel in einer Höhe von etwa 600 Meilen (966 Kilometer) über der Erde beginnt, während die äußere Schicht etwa 12.000 Meilen (19.312 km) über der Oberfläche unseres Planeten beginnt.
Die Van-Allen-Gürtel dienen als lose Barriere zwischen der Erdatmosphäre und ihrer Weltraumumgebung. Sie sind außerdem dynamisch, bewegungs- und veränderbar. Wissenschaftler wissen seit einiger Zeit, dass geladene Teilchen vom äußeren Strahlungsgürtel in Richtung Erde fallen können. Es wurden auch niederenergetische oder „kalte“ Partikel entdeckt, die aus dem stabileren inneren Strahlungsgürtel fallen.
Dies ist der erste Hinweis darauf, dass hochenergetische geladene Teilchen auch aus dem als stabiler geltenden Innengürtel „herabregnen“ können. Dies ist auch der erste Hinweis darauf, dass dieser „Elektronenschauer“ durch Blitze ausgelöst werden kann.
„Das Weltraumwetter hängt wirklich von oben und unten ab“, sagte Lauren Blum, ein Teammitglied am Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) der CU Boulder, in der Pressemitteilung. „Generell finden wir den Innengürtel ziemlich langweilig. Er ist stabil. Er ist immer da.“
Das Team geht davon aus, dass, wenn Blitze am Himmel über der Erde zucken, Radiowellen in den Weltraum gesendet werden. Wenn diese Radiowellen auf Elektronen in den Strahlungsgürteln rund um unseren Planeten treffen, können sie die freien Elektronen abschütteln und einen „blitzinduzierten Elektronenstoß“ oder „Elektronenschauer“ verursachen.
Bei der Analyse von Daten des inzwischen stillgelegten NASA-Satelliten Solar, Anomalous, and Magnetospheric Particle Explorer (SAMPEX) beobachtete Feinland „Klumpen“ hochenergetischer Elektronen, die sich durch den inneren Strahlungsgürtel der Erde bewegten. Er meldete diese Beobachtungen Blum, der ihm sagte: „Das ist nicht der Ort, an dem sie sein sollten.“ »
Kosmischer Flipper
Um diese Frage weiter zu untersuchen, identifizierte das Duo 45 hochenergetische Elektronenausbrüche in den inneren Strahlungsgürteln, die im Jahrzehnt zwischen 1996 und 2006 auftraten. Anschließend verglich Feinland diese Daten mit Aufzeichnungen von Blitzeinschlägen aus dem Norden über Amerika. Es stellte sich ein Zusammenhang zwischen Blitzeinschlägen und Elektronenspitzen heraus, die etwa eine Sekunde nach dem Blitzeinschlag auf dem Boden auftraten.
Das Team glaubt, dass ein Blitzeinschlag ein hektisches Flipperspiel auslöst, das die gesamte Erde erfasst. Die ausgelösten Radiowellen breiten sich nach oben durch den Weltraum aus und treffen im inneren Strahlungsgürtel auf Elektronen.
Dies fungiert in diesem figurativen Flipperspiel als „Add-Ball“-Funktion und lässt Elektronen fallen, die dann chaotisch zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre der Erde hin- und herspringen. Diese Phase des Prozesses dauert nur 0,2 Sekunden. Einige der Elektronen, die hektisch zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre unseres Planeten pendeln, fallen dann in unsere Atmosphäre.
„Man hat einen großen Elektronenklumpen, der herumspringt, dann zurückkommt und erneut abprallt“, sagte Blum. „Sie werden dieses erste Signal sehen und es wird verschwinden.“
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Blum, Feinland und ihre Kollegen wissen derzeit nicht, wie oft diese Episoden von „Killer-Elektronenschauern“ auftreten. Eine Theorie besagt, dass sie häufiger in Zeiten auftreten, in denen die Sonne besonders aktiv ist und mehr hochenergetische Elektronen auf die Erde wirft, die von der Magnetosphäre eingefangen werden und die Van-Allen-Gürtel wieder auffüllen.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 8. Oktober in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.